4. La vida de la cèl·lula (cicle cel·lular)

Continguts d’aquesta pàgina

0. Introducció: el cicle cel·lular

1. La interfase

2. La cèl·lula es divideix: la mitosi

3. La regulació del cicle cel·lular (apoptosi i cèl·lules canceroses)

 

0. INTRODUCCIÓ: EL CICLE CEL·LULAR

La vida d’una cèl·lula passa per diferents etapes. D’ençà que apareix fins que es divideix i dóna lloc a noves cèl·lules, una sèrie de processos i etapes marquen la seva activitat i el seu desenvolupament. Aquest cicle vital es coneix amb el nom de cicle cel·lular.

El cicle cel·lular  és el conjunt ordenat d’esdeveniments que culmina amb el creixement de la cèl·lula i la divisió en dues cèl·lules filles.

Les cèl·lules controlen amb molta precisió la durada del cicle cel·lular i la freqüència de la divisió. De vegades, però, perden el control i es converteixen en cèl·lules tumorals o canceroses, que es divideixen d’una manera excessiva i incontrolada i formen tumors que s’escampen i destrueixen el teixit o l’òrgan en què s’han originat.

La durada del cicle cel·lular depèn del tipus de cèl·lula i de les condicions ambientals (temperatura, nutrients disponibles, etc.) i pot variar entre unes hores i diversos dies, i inclús hi ha cèl·lules que no es divideixen mai, com els eritròcits, les cèl·lules musculars estriades o les neurones.

En el cicle cel·lular s’hi poden distingir dos períodes o etapes: la interfase, durant la qual la cèl·lula creix i sintetitza substàncies que necessita i la fase M, de divisió o mitosi.

1. LA INTERFASE

Tradicionalment es distingia entre un període de repòs o interfase, i un període de divisió cel·lular. Durant la interfase el nucli aparentment no presenta cap activitat, mentre que al període de divisió pateix una sèrie de transformacions fàcilment observables amb el microscopi òptic.

Actualment sabem que la interfase no és una etapa de repòs entre dues divisions. La interfase és en realitat un període de gran activitat cel·lular, durant la qual el nucli es manté intacte i la cèl·lula creix i fa moltes de les seves funcions. Durant la interfase també es produeix la duplicació de l’ADN, de manera que les cèl·lules filles reben la mateixa informació genètica que la cèl·lula mare.

La interfase està constituïda per tres fases: la fase G1, la fase S i la fase G2.

  • FASE G1, de l’anglès Growth o Gap 1 (Interval 1), és la primera fase del cicle cel·lular, en la qual existeix creixement cel·lular amb síntesi de proteïnes i d’ARN. És el període que transcorre entre la fi d’una mitosi i l’inici de la síntesi d’ADN. Té una durada d’entre 6 i 12 hores, i durant aquest temps la cèl·lula duplica la seva mida i massa a causa de la contínua síntesi de tots els seus components, com a resultat de l’expressió dels gens que codifiquen les proteïnes responsables del seu fenotip particular. També es repara l’ADN i la cèl·lula decideix si començar un nou cicle de divisió o romandre en repòs (fase G0).
  • La fase G0 es diu de repòs perquè la cèl·lula no es divideix, però és una fase cel·lular molt activa, ocorre la diferenciació cel·lular i les cèl·lules s’especialitzen per realitzar les seves funcions. Hi ha cèl·lules que romanen indefinidament en G0 i perden la capacitat de dividir-se (ex: neurones), cèl·lules que estan temporalment en G0 però que, en determinades circumstàncies, s’estimulen i poden retornar a G1, passar el punt de restricció i tornar a dividir-se (ex: fibroblasts de la pell), i cèl·lules que no entren mai en G0 i es divideixen contínuament (ex: cèl·lules mare i cèl·lules cancerígenes)
  • FASE S (de l’anglès Synthesis) és la segona fase del cicle, en què es produeix la replicació o síntesi de l’ADN, com a resultat cada cromosoma es duplica i queda format per dues cromàtides idèntiques. Amb la duplicació de l’ADN, el nucli conté el doble de proteïnes nuclears i d’ADN que al principi. Té una durada d’uns 6-8 hores.
  • FASE G2, de l’anglès Growth o Gap 2 (Interval 2), és el temps que transcorre entre la fase S i l’inici de la mitosi (la cèl·lula es prepara per mitosi). Té una durada entre 3 i 4 hores. Acaba quan la cromatina comença a condensar l’inici de la mitosi.

2. LA MITOSI

La FASE M del cicle cel·lular és la fase que inclou la mitosi o repartiment de material genètic nuclear (on es divideix la cromatina duplicada de manera tal que cada cèl·lula filla obtingui una còpia del material genètic o sigui un cromosoma de cada tipus) i la citocinesi (divisió del citoplasma). Si el cicle complet durés 24 hores, la fase M duraria al voltant de 30-60 minuts.

La mitosi és un tipus de divisió característic de les cèl·lules eucariotes. Generalment la mitosi va acompanyada del procés de citocinesi o divisió del citoplasma. La mitosi genera dues cèl·lules filles genèticament idèntiques. En els organismes animals, la mitosi es porta a terme a les cèl·lules somàtiques o corporals.

La mitosi permet: la formació d’un organisme multicel·lular a partir del zigot, durant el
desenvolupament embrionari; el creixement per augment en el nombre de cèl·lules, i la reparació i renovació dels teixits.

Aquest procés es presenta en les cèl·lules somàtiques, després de passar per la interfase on cada cèl·lula ha duplicat l’ADN per repartir-lo de manera idèntica en les cèl·lules filles, i d’aquesta manera dues cèl·lules idèntiques a la inicial. Tot i que la mitosi és un procés continu s’acostuma a dividir-lo, per al seu estudi i reconeixement, en quatre fases diferents anomenades: profase, metafase, anafase i telofase.

PROFASE:

La cèl·lula adquireix una forma arrodonida a causa de canvis en el seu citosquelet. En aquesta etapa s’inicia el procés que porta a la cromatina al seu màxim grau d’empaquetament, per la qual cosa els cromosomes comencen a ser cada vegada més visibles. El nuclèol es dispersa.
L’embolcall nuclear es disgrega en petites vesícules que s’incorporen al REG. En el citoplasma, els centrosomes amb els seus centríols prèviament duplicats es comencen a desplaçar cap a pols oposats. Alguns microtúbuls envolten els centríols, formant l’àster. Entre tots dos parells de centríols creix el fus mitòtic o acromàtic. Els centríols, el àster i el fus conformen l’aparell mitòtic.

Les cromàtides germanes d’un cromosoma s’uneixen a fibres cromosòmiques del fus provinents de pols oposats. En produir la disgregació completa de l’embolcall nuclear, els cromosomes queden lliures en el citoplasma i s’inicia la següent etapa.

METAFASE

Els cromosomes, units a les fibres cromosòmiques, queden alineats en el pla mitjà o equatorial de la cèl·lula, constituint la placa metafàsica.

Els cinetocors de les cromàtides germanes en un mateix cromosoma s’orienten cap a pols oposats. De la ubicació dels cromosomes en aquesta etapa depèn que la separació del material genètic entre les futures cèl·lules es dugui a terme correctament.

ANAFASE:

Durant les fases anteriors les cromàtides germanes romanen unides per un material que actua com una cola, la cohesina. La cohesina es degrada en l’anafase. La degradació de la cohesina permet la separació de les cromàtides germanes. Aquesta es produeix pel fet que les fibres cromosòmiques s’escurcen, arrossegant els cromosomes que porten units.

Així, les cromàtides germanes, estirades per les fibres cromosòmiques, inicien la seva migració cap a pols oposats. Les cromàtides es dobleguen en angle a l’altura del centròmer mentre són transportats cap als pols. L’anafase culmina quan els cromosomes fills arriben als pols.

TELOFASE:

En cada pol els cromosomes fills són envoltats per un embolcall nuclear que s’organitza al seu voltant.

Els cromosomes es relaxen o descondensen i comencen a fer-se més tènues, fins a adquirir l’aspecte interfàsic de cromatina. Es reorganitza el nuclèol en cada nucli fill. Es desmunta l’aparell mitòtic, encara que persisteixen alguns microtúbuls en el pla equatorial, formant el cos mitjà.

CITOCINESI

La citocinesi o citodièresi és la separació del citoplasma, el que donarà origen a dues cèl·lules separades.

La citocinesi generalment comença tot just quan acaba la mitosi, amb una petita superposició. És important notar que la citocinesi passa de forma diferent en cèl·lules animals i vegetals.

En les cèl·lules animals, la citocinesi comença a advertir-se ja des de l’anafase per la formació d’un solc de segmentació en la superfície cel·lular. A la part mitjana del citoplasma s’origina un anell contràctil. Es tracta d’una estructura formada per microfilaments d’actina en associació amb la miosina, la seva proteïna motora. La contracció de l’anell escanya el citoplasma fins a produir la separació de les dues cèl·lules filles.

Les cèl·lules vegetals són molt més rígides que les cèl·lules animals; estan envoltades per una paret cel·lular rígida i tenen alta pressió interna. A causa d’això, les cèl·lules vegetals es divideixen en dos en construir una nova estructura al centre de la cèl·lula. Aquesta estructura, coneguda com a placa cel·lular, consta de membrana plasmàtica i components de la paret cel·lular que arriben en vesícules, i divideix la cèl·lula en dues.

Apunts del Cicle cel·lular

El ciclo celular: tutorial de la Universidad de México

4. LA REGULACIÓ DEL CICLE CEL·LULAR

Les cèl·lules proliferen augmentant el seu contingut de molècules i orgànuls (creixement en massa o mida) i duplicant i segregant els seus cromosomes, per a posteriorment dividir-se en dues cèl·lules filles que són genèticament iguals. La proliferació cel·lular té lloc d’una manera controlada d’acord a les necessitats generals de l’organisme.

Com tot procés orgànic, el cicle cel·lular està subjecte a regulació. Aquesta és realitzada en llocs específics anomenats punts de control o de revisió, que poden frenar o disparar diversos processos que li permetin a la cèl·lula prosseguir amb el seu cicle normal de replicació del material genètic, creixement i divisió.

Qui regula el cicle cel·lular?

S’ha detectat l’existència d’un “rellotge central bioquímic” u oscil·lador que “instrueix” als nuclis sobre com controlar les fases de la divisió.

Totes les cèl·lules eucariotes tenen un “rellotge molecular” que determina quan s’han de dividir. Per programar aquests esdeveniments el “rellotge del cicle cel·lular” es val de diverses molècules proteiques. Els dos “engranatges” moleculars d’aquest rellotge són unes proteïnes específiques que faran de reguladores: les ciclines i les quinases (les CDK).

La funció de la regulació, bàsicament és realitzada per conegudes com les ciclines i les quinases depenent de ciclines (Cdk) i (ciclines A o B).

Les ciclines es diuen així perquè alternen, durant el cicle cel·lular, períodes de síntesi amb períodes de degradació, de manera que la concentració de ciclines varia en forma cíclica, augmentant o disminuint durant el transcurs del cicle cel·lular. Això es deu a variacions en la velocitat de degradació de la ciclina, ja que la velocitat de síntesi és gairebé constant durant tot el cicle.

Les ciclines són proteïnes que controlen l’activitat de les corresponents quinases dependents.

Les quinases dependents de ciclines o CdK (Cyclin-dependent kinases), actuen quan són activades per una ciclina, unint-se a elles i formant complexos actius, fosforilant i activant certes molècules o bé desactivant-ne unes altres.

Les ciclines i les CdK formen un complex que és capaç d’afegir grups fosfat a proteïnes involucrades en les diverses parts del cicle cel·lular. La combinació entre elles determina quina proteïna és fosforilada i quina activitat indueix.

Els punts de control del cicle cel·lular

Als eucariotes, existeixen tres llocs de control del cicle cel·lular, són els anomenats punts de control o checkpoints control: són el control G1, el control G2 i el control M.

Punt de control G1. És el més limitador del cicle i se’l coneix com a punt de restricció (punt R), perquè compleix la missió de permetre o impedir que la cèl·lula iniciï el procés de replicació del seu ADN. Aquest punt controla si la grandària de la cèl·lula és suficient i si l’entorn de la cèl·lula és favorable. Això vol dir que han d’existir les proteïnes (factors de creixement) que indueixen la divisió cel·lular, i, al mateix temps, que hi ha d’haver limitacions físiques per al creixement. També es controla que el medi contingui els nutrients necessaris per poder portar a terme aquest procés.

Punt de control G2, en ell es posa en marxa el procés que inicia la fase M. En aquest punt, el sistema de control de verificar que la duplicació de l’ADN es troba completat (que no estigui danyat), si és favorable l’entorn i si la cèl·lula és prou gran per a dividir-se.

Punt de control M o de la Metafase. S’exerceix durant la mitosi, entre la metafase i l’anafase. Assegura que la cèl·lula no es divideixi si es produeixen errors en la formació del fus acromàtic o bé en l’alineació dels cromosomes a la placa equatorial.

L’APOPTOSI

L’apoptosi és el procés mitjançant el qual totes les cèl·lules diferenciades poden programar la seva pròpia mort a través de l’activació de programes codificats genèticament, col·laborant al manteniment del nombre de cèl·lules adequat en molts teixits.

Un important regulador del cicle cel·lular el constitueix una proteïna denominat p53, la qual d’una banda exerceix un control de tipus negatiu frenant la divisió a nivell de G1, abans de punt R. Aquesta proteïna és sintetitzada per la pròpia cèl·lula en resposta a l’aparició d’alteracions de l’ADN, s’origina al gen p53 pertanyent a la categoria de gens supressors de tumors. Les cèl·lules, en no replicar el seu ADN s’estabilitzen en la fase G1, però si l’ADN replicat té un mal perillós per a les cèl·lules filles, la proteïna p53 s’encarrega de la mort cel·lular o apoptosis (mort cel·lular programada).

En resum:

• El cicle cel·lular és un conjunt de processos ordenats, que porta a terme la cèl·lula quan s’ha de dividir; distingim interfase i mitosi.

• El control del cicle cel·lular es presenta a dos nivells, intracel·lular i extracel·lular.

• El control intracel·lular està a càrrec de mediadors proteics que exerceixen un control negatiu i positiu sobre el cicle cel·lular (cdk-ciclines i CKI).

• Hi ha un punt de restricció i tres punts de control dels quals són supervisades per diferents combinacions de CDKs-ciclines.

• L’entrada al cicle cel·lular no és una decisió que la cèl·lula pren individualment; es requereix les senyals adequades (mitògens) ja sigui del medi extracel·lular o d’altres cèl·lules.

Quan una cèl·lula no és necessària o és possible amenaça aquesta pot morir per apoptosi ja sigui per senyals intracel·lulars o extracel·lulars.

Lliçó interactiva: cicle cel·lular dels eucariotes

Punts de control del cicle cel·lular (Khan Academy)

Cicle cel·lular i càncer

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà Els camps necessaris estan marcats amb *